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1、第6章气体动力循环第1页，本讲稿共81页动力循环研究目的和分类动力循环研究目的和分类动力循环：动力循环：工质连续不断地将从高温热源取工质连续不断地将从高温热源取得的得的热量热量的一部分转换成对外的的一部分转换成对外的净功净功按工质按工质气体动力循环气体动力循环：内燃机：内燃机蒸汽动力循环蒸汽动力循环：外燃机：外燃机空气为主的燃气空气为主的燃气按按理想气体理想气体处理处理水蒸气等水蒸气等实际气体实际气体研究目的：研究目的：合理安排循环，提高热效率合理安排循环，提高热效率第2页，本讲稿共81页气体动力循环分类气体动力循环分类按结构按结构活塞式活塞式叶轮式叶轮式小型汽车，摩托小型汽车，摩托中、大型汽
2、车，火车，轮船中、大型汽车，火车，轮船移动电站移动电站汽油机汽油机点燃式，压燃式点燃式，压燃式汽车，摩托，小型轮船汽车，摩托，小型轮船按燃料按燃料航空，大型轮船，移动电站航空，大型轮船，移动电站柴油机柴油机煤油机煤油机航空航空按点燃方式：按点燃方式：按冲程数：按冲程数：二冲程，四冲程二冲程，四冲程第3页，本讲稿共81页动力循环研究方法动力循环研究方法实际动力循环非常复杂实际动力循环非常复杂不可逆不可逆，多变指数变化多变指数变化，燃烧燃烧等等 工程热力学研究方法，先对实际动工程热力学研究方法，先对实际动力循环进行力循环进行抽象抽象和和理想化理想化，形成各种理想，形成各种理想循环进行分析，最后进行
3、循环进行分析，最后进行修正修正。第6页，本讲稿共81页6-1 6-1 活塞式内燃机动力循环活塞式内燃机动力循环一、四冲程高速柴油机（混合加热循环）主要技术参数：型号JD108缸径/行程(mm)105120/115活塞排量(L)1.039/0.996标定功率(KW)13.24/12.13(12小时)；13.97/13.24(1小时)标定转速(r/min)2200燃油消耗率(g/kw.h)247.5(蒸发式)；254.3(冷凝式)冷却方式蒸发式或冷凝式起动方式手摇、电起动外形尺寸(LWH)820456680/815456680净重(kg)155循环过程第7页，本讲稿共81页四冲程柴油机工作原理四冲
4、程柴油机工作原理空气空气废气废气吸气吸气压缩点火压缩点火膨胀作功膨胀作功排气排气喷油喷油第8页，本讲稿共81页四冲程高速柴油机工作过程四冲程高速柴油机工作过程12301 吸空气吸空气pV一般一般n=1.341.37柴油自燃柴油自燃 t=335p02012 多变压缩多变压缩p2=35 MPat2=6008002 喷柴油喷柴油2 开始燃烧开始燃烧23 迅速燃烧，近似迅速燃烧，近似 Vp59MPa第9页，本讲稿共81页四冲程高速柴油机工作过程四冲程高速柴油机工作过程1234534 边喷油，边膨胀边喷油，边膨胀pVp0120t4可达可达170018004 停止喷柴油停止喷柴油45 多变膨胀多变膨胀V近
5、似 膨胀pp5=0.30.5MPat5 50051 开阀排气，开阀排气，降压降压10 活塞推排气活塞推排气,完成循环完成循环第10页，本讲稿共81页四冲程高速柴油机的理想化四冲程高速柴油机的理想化123451.工质工质pVp0120工质数量不变工质数量不变定比热理想气体定比热理想气体P-V图图p-v图图2.01和和1 0抵消抵消开口开口闭口循环闭口循环3.燃烧燃烧外界加热外界加热4.排气排气向向外界放热外界放热5.多变多变绝绝热热6.不可逆不可逆可逆可逆第11页，本讲稿共81页理想混合加热循环（萨巴德循环）理想混合加热循环（萨巴德循环）1234512345pvTs分析循环分析循环吸热量吸热量，
6、放热量放热量，热效率热效率和和功量功量第12页，本讲稿共81页本次结束第13页，本讲稿共81页定义几个指标性参数定义几个指标性参数12345pv压缩比压缩比定容增压比定容增压比预胀比预胀比反映气反映气缸容积缸容积反映供反映供油规律油规律第14页，本讲稿共81页理想混合加热循环的计算理想混合加热循环的计算12345Ts吸热量吸热量放热量放热量(取绝对值）取绝对值）热效率热效率第15页，本讲稿共81页理想混合加热循环的计算理想混合加热循环的计算12345Ts热效率第16页，本讲稿共81页理想混合加热循环的计算理想混合加热循环的计算12345Ts热效率第17页，本讲稿共81页各因素对混合加热循环的影
7、响各因素对混合加热循环的影响1、当压升比 、预胀比 不变受气缸材料限制一般柴油机潜艇用氦气，潜艇用氦气，k=1.66第18页，本讲稿共81页各因素对混合加热循环的影响各因素对混合加热循环的影响2、当 不变注意：注意：图示的研究方法图示的研究方法不必记忆 的复杂式12345Ts第19页，本讲稿共81页思考题思考题教材教材P149，2：活塞式内燃机循环中，绝热膨胀过程不是在：活塞式内燃机循环中，绝热膨胀过程不是在5结束，而结束，而是继续膨胀到是继续膨胀到6，再定压压缩到，再定压压缩到1，那么循环热效率是否会，那么循环热效率是否会提高？试用温熵图说明提高？试用温熵图说明v12345p612345Ts
8、6第20页，本讲稿共81页柴油机与汽油柴油机与汽油机动力循环图示机动力循环图示12345pv1235pv柴油机，压燃式柴油机，压燃式汽油机，点燃式汽油机，点燃式第21页，本讲稿共81页定容加热循环（奥图定容加热循环（奥图OTTO循环循环)12351235pvTs第22页，本讲稿共81页定容加热循环的计算定容加热循环的计算1234Ts吸热量吸热量放热量放热量(取绝对值）取绝对值）热效率热效率第23页，本讲稿共81页定容加热循环的计算定容加热循环的计算1234Ts热效率第24页，本讲稿共81页定容加热循环的计算定容加热循环的计算汽油易爆燃一般汽油机一般柴油机效率高于汽油机的效率一般柴油机效率高于汽
9、油机的效率但汽油机小巧但汽油机小巧第25页，本讲稿共81页作业作业149习题习题6-1第26页，本讲稿共81页柴油机与低速柴油柴油机与低速柴油机循环图示机循环图示12345pv1234pv柴油机，压燃式柴油机，压燃式低速柴油机，压燃式低速柴油机，压燃式第27页，本讲稿共81页定压加热循环（狄塞尔定压加热循环（狄塞尔Diesel循环循环)1234pv1234Ts第28页，本讲稿共81页定压加热循环的计算定压加热循环的计算1234Ts吸热量吸热量放热量放热量(取绝对值）取绝对值）热效率热效率第29页，本讲稿共81页定压加热循环的计算定压加热循环的计算热效率当 不变当 不变已被淘汰已被淘汰第30页，
10、本讲稿共81页6-5 6-5 燃气轮机装置循环燃气轮机装置循环 布雷登循环布雷登循环（Brayton Cycle）用途：用途：航空发动机航空发动机 尖峰电站尖峰电站 移动电站移动电站 大型轮船大型轮船第31页，本讲稿共81页燃气轮机燃气轮机 第32页，本讲稿共81页安装在轰安装在轰6飞机上的飞机上的WP8型发动机型发动机 第33页，本讲稿共81页安装在波音安装在波音737飞机上的动力装置飞机上的动力装置（APU）第34页，本讲稿共81页 本次课结束第35页，本讲稿共81页BraytonBrayton循环示意图和理想化循环示意图和理想化1234压气机燃气轮机燃烧室1）工质：数量不变，定比热工质：
11、数量不变，定比热理想气体理想气体理想化：理想化：2）闭口闭口 循环循环3）可逆过程可逆过程第36页，本讲稿共81页BraytonBrayton循环图示循环图示pvTs12341234第37页，本讲稿共81页BraytonBrayton循环的计算循环的计算Ts1234吸热量：吸热量：放热量：放热量：热效率：热效率：第38页，本讲稿共81页BraytonBrayton循环热效率的计算循环热效率的计算Ts1234热效率：热效率表达式似乎与卡诺热效率表达式似乎与卡诺循环一样循环一样第39页，本讲稿共81页BraytonBrayton循环热效率的计算循环热效率的计算Ts1234热效率：定义：定义：压比压
12、比第40页，本讲稿共81页补充作业补充作业P149思考题思考题 3第41页，本讲稿共81页BraytonBrayton循环净功的计算循环净功的计算Ts1234定义：定义：循环增温比循环增温比第42页，本讲稿共81页对净功的影响对净功的影响Ts123434当 不变不变不变但但T3 受材料耐热限制受材料耐热限制第43页，本讲稿共81页对净功的影响对净功的影响Ts当 不变太大太小存在最佳 ，使 最大第44页，本讲稿共81页最佳增压比最佳增压比 （w净净）的求解）的求解Ts令令最大循环净功最大循环净功第45页，本讲稿共81页燃气轮机的实际循环燃气轮机的实际循环Ts1234压气机：压气机：不可逆不可逆绝
13、热压缩绝热压缩燃气轮机：燃气轮机：不可逆不可逆绝热膨胀绝热膨胀24定义：定义：压气机绝热效率压气机绝热效率燃气轮机相对内效率燃气轮机相对内效率第46页，本讲稿共81页注意注意教材教材P148例例6-2，思路同此，学会绝热效率和相对，思路同此，学会绝热效率和相对内效率的定义（概念）内效率的定义（概念）第47页，本讲稿共81页燃气轮机的实际循环的净功燃气轮机的实际循环的净功Ts123424净功净功吸热量吸热量第48页，本讲稿共81页燃气轮机的实际循环的热效率燃气轮机的实际循环的热效率Ts123424热效率热效率第49页，本讲稿共81页影响燃气机实际循环热效率的因素影响燃气机实际循环热效率的因素一定
14、，一定，一定，有最佳一定，有最佳 右移右移第50页，本讲稿共81页和和 的关的关系系地面上，尺寸次要，省燃料，取地面上，尺寸次要，省燃料，取空中，尺寸重要，取空中，尺寸重要，取提高受材料耐热限制受材料耐热限制取最佳取最佳有无其它途径有无其它途径第51页，本讲稿共81页本次课结束本次课结束作业作业P150习题习题6-6第52页，本讲稿共81页6-5 6-5 提高提高BraytonBrayton循环热效率的其他途径循环热效率的其他途径2若使若使T4T4 在在500oC以上以上134Ts不可能不可能如果如果T4T2预热空气，预热空气，回热回热一、一、回热回热第53页，本讲稿共81页BraytonBr
15、ayton循环循环回热示意图回热示意图1234压气机燃气轮机燃烧室回热器4R2A第54页，本讲稿共81页回热在回热在Ts 图上的表示图上的表示2134Ts4R2R2A理想回热：理想回热：实际回热实际回热:定义：定义：回热度回热度一般取一般取0.60.92R 4R2A第55页，本讲稿共81页压气机间冷的图示压气机间冷的图示1234燃气轮机燃烧室间冷器5压气机62第56页，本讲稿共81页本次结束第57页，本讲稿共81页压气机间冷在压气机间冷在Ts图上的表示图上的表示2134Ts265AB12341和和62256联合工作联合工作？结论：结论：第58页，本讲稿共81页4R2R间冷回热示意图间冷回热示意
16、图134燃气轮机燃烧室间冷器5压气机62回热器第60页，本讲稿共81页间冷回热在间冷回热在Ts图上的表示图上的表示2134Ts2654R2R结论：结论：第61页，本讲稿共81页再热示意图再热示意图1234压气机燃气轮机燃烧室1燃烧室235第62页，本讲稿共81页再热在再热在Ts图上的表示图上的表示213Ts344结论：结论：5第63页，本讲稿共81页再热回热示意图再热回热示意图1234压气机燃气轮机燃烧室2回热器燃烧室14R2R53第64页，本讲稿共81页再热再热回热回热在在Ts图上的表示图上的表示213Ts344结论：结论：54R2R第65页，本讲稿共81页2R再热再热+间冷间冷+回热示意图
17、回热示意图1234压气机燃气轮机燃烧室2回热器间冷器燃烧室14R第66页，本讲稿共81页再热再热+间冷间冷+回热回热在在Ts图上的表示图上的表示3Ts214结论：结论：2R4R第67页，本讲稿共81页无穷多级的极限情况无穷多级的极限情况2134Ts两个等温过程两个等温过程两个等压过程两个等压过程+回热回热概括性卡诺循环概括性卡诺循环级数越多，越复杂，造价越高，一般级数越多，越复杂，造价越高，一般23级级第68页，本讲稿共81页第第6章章 小小 结结燃气轮机循环：理想循环和实际循环的计算 和比较活塞式内燃机循环：(特点、计算、比较)提高热效率的手段：回热 间冷+回热 再热+回热第69页，本讲稿共
18、81页动力循环问题讨论动力循环问题讨论(1)1、为了提高效率，燃气轮机的废气能否再继续膨胀作功，能否废气不放热再压缩再膨胀作功不能使pv1234可逆时，不可逆时，p0第70页，本讲稿共81页动力循环问题讨论动力循环问题讨论(2)2、回热器能否装在压气机前回热器能否装在压气机前Ts123412第71页，本讲稿共81页动力循环问题讨论动力循环问题讨论(3)3、能否先加热，后压缩能否先加热，后压缩Ts第72页，本讲稿共81页动力循环问题讨论动力循环问题讨论(4)动力循环的一般规律动力循环的一般规律:任何动力循环都是以消耗任何动力循环都是以消耗热能热能为为代价代价，以以作功作功为为目的目的升压升压是前
19、提是前提加热加热是手段是手段作功作功是目的是目的放热放热是必须是必须顺序不可变顺序不可变步骤不可缺步骤不可缺第73页，本讲稿共81页第六章第六章 完完第74页，本讲稿共81页第75页，本讲稿共81页5-2 5-2 活塞式内燃机循环比较活塞式内燃机循环比较比较的条件比较的条件压缩比吸热量反映气缸结构尺寸、工艺材料反映气缸结构尺寸、工艺材料反映作功量（马力）反映作功量（马力）最高压力反映材料耐压、壁厚、成本反映材料耐压、壁厚、成本最高压力反映材料耐温反映材料耐温比较的对象：混合加热，定容加热，定压加热第76页，本讲稿共81页和和 相同相同Ts平均温度法平均温度法3m4m123v4v3p4p第77页，本讲稿共81页和和 相同相同Ts相等相等12v342m2p第78页，本讲稿共81页和和 相同相同3p4mTs2p3m12v4v3v4p2m？和 相同，图示 大小第79页，本讲稿共81页5-3 5-3 斯特林（斯特林（Stirling)循环循环1816年提出，近年提出，近20年才实施年才实施冷气室热气室加热器冷却器AB回热器1-2 T 压缩2-3 V 吸热3-4 T 膨胀4-1 V 放热第80页，本讲稿共81页斯特林循环图示斯特林循环图示12341234pvTs概括性卡诺循环概括性卡诺循环核潜艇，制冷核潜艇，制冷第81页，本讲稿共81页